(57)【要約】【課題】センサの配置やセンサ自体の移動などに対応してセンサ間の同期をとるためのケーブル接続を不要とし、また、時計誤差を補正するための送信局を不要とするために、測位装置内の処理でセンサ間の時計誤差の補正を可能にする。【解決手段】目標から放射もしくは反射された電波を複数のセンサで受信し、受信した電波の到来時間差に基づいて目標の位置を算出する測位装置において、各センサで複数回受信された電波の到来時間差を算出する到来時間差算出部と、各センサ間の電波の到来時間差を基に、センサ間の時計誤差と電波を受信した各時刻における目標位置を測位する測位部を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標から放射もしくは反射された電波を複数のセンサで受信し、受信した電波の到来時間差に基づいて目標の位置を算出する測位装置において、
各センサで複数回受信された電波の到来時間差を算出する到来時間差算出部と、
算出された各センサ間の電波の到来時間差に基づいて、センサ間の時計誤差と電波を受信した各時刻における目標位置を算出する測位部を備えたことを特徴とする測位装置。
【請求項２】
測位部は、センサ間の電波の到来時間差から各センサ間の時計誤差を減算した時間に電波の速度を乗算して得た距離が、電波の伝搬距離の差に等しいとする等式を電波の受信時刻毎に作成し、これらの式を連立させることでセンサ間の時計誤差と電波を受信した各時刻における目標の位置を算出する一括測位部を備えたことを特徴とする請求項１記載の測位装置。
【請求項３】
測位部は、
目標の運動モデルを事前に設定する運動モデル設定部と、
センサ間の電波の到来時間差から各センサ間の時計誤差を減算した時間に電波の速度を乗算して得た距離が、電波の伝搬距離の差に等しいとする等式を、設定された運動モデルに対応して電波の受信時刻毎に作成し、これらの式を連立させることでセンサ間の時計誤差と目標の位置を算出する運動モデル測位部を備えたことを特徴とする請求項１記載の測位装置。
【請求項４】
測位部は、
入力されるセンサ間の電波の補正到来時間差に電波の速度を乗算して得た距離が、電波の伝搬距離の差に等しいとする等式を、電波の受信時刻毎に作成し、これらの式を連立させることで各時刻の目標の暫定位置を算出する暫定測位部と、
目標の暫定位置と各センサの距離の差を電波の速度で除算して得た時間を、各センサ間の電波の到来時間差から減算して、各時刻におけるミスマッチ時間として算出するミスマッチ時間算出部と、
算出されたミスマッチ時間に基づいて各センサ間の暫定時計誤差を算出する暫定時計誤差算出部と、
電波の到来時間差から前記暫定時計誤差算出部で算出された暫定時計誤差を減算して電波の補正到来時間差を求めて前記暫定測位部に出力すると共に、判定基準に従って、前記暫定測位部、前記ミスマッチ時間算出部および前記暫定時計誤差算出部による一連の測位処理を完了させて、各処理で得られた目標の暫定位置と暫定時計誤差を最終的な目標の位置と時計誤差として出力するか、または前記一連の測位処理を再度継続して実施させるよう制御する測位処理制御部を備えたことを特徴とする請求項１記載の測位装置。
【請求項５】
暫定測位部は、入力される電波の補正到来時間差がない場合には、センサ間の電波の到来時間差を用いて等式を作成することを特徴とする請求項４記載の測位装置。
【請求項６】
暫定時計誤差算出部は、ミスマッチ時間算出部で算出されたミスマッチ時間の平均値を、センサ間の暫定時計誤差として算出する平均処理部を備えたことを特徴とする請求項４記載の測位装置。
【請求項７】
暫定時計誤差算出部は、所定の方法で算出した重み付け係数を用いてミスマッチ時間算出部で算出されたミスマッチ時間を重み付けしてセンサ間の暫定時計誤差を算出する重み付け処理部を備えたことを特徴とする請求項４記載の測位装置。
【請求項８】
測位処理制御部は、一連の測位処理の実施回数をカウントし、そのカウント数が所定のカウント値に達した場合には前記一連の測位処理を完了させると判定し、一方、カウント数が所定のカウント値に達しない場合には前記一連の測位処理を再度継続して実施させると判定する処理回数カウント部を備えたことを特徴とする請求項４から請求項７のうちのいずれか１項記載の測位装置。
【請求項９】
測位処理制御部は、一つ前の処理で暫定測位部で求めた目標の暫定位置と現在の処理で求めた目標の暫定位置の残差および／もしくは一つ前の処理で求めた暫定時計誤差と現在の処理で求めた暫定時計誤差の残差が所定の値よりも小さい場合には前記一連の測位処理を完了させると判定し、一方、残差が所定の値よりも大きい場合には前記一連の測位処理を再度継続して実施させると判定する残差処理部を備えたことを特徴とする請求項４から請求項７のうちのいずれか１項記載の測位装置。
【請求項１０】
目標から放射もしくは反射された電波を複数のセンサで受信し、受信した電波の到来時間差に基づいて目標の位置を算出する測位装置において、
各センサで受信された複数の目標からの電波の到来時間差を算出する到来時間差算出部と、
算出された各センサ間の電波の到来時間差に基づいて、センサ間の時計誤差と各目標位置を算出する測位部を備えたことを特徴とする測位装置。
【請求項１１】
測位部は、センサ間の電波の到来時間差から各センサ間の時計誤差を減算した時間に電波の速度を乗算して得た距離が、電波の伝搬距離の差に等しいとする等式を目標毎に作成し、これらの式を連立させることでセンサ間の時計誤差と各目標の位置を算出する一括測位部を備えたことを特徴とする請求項１０記載の測位装置。
【請求項１２】
測位部は、
入力されるセンサ間の電波の補正到来時間差に電波の速度を乗算して得た距離が、電波の伝搬距離の差に等しいとする等式を、目標毎に作成し、これらの式を連立させることで各目標の暫定位置を算出する暫定測位部と、
各目標の暫定位置と各センサの距離の差を電波の速度で除算して得た時間を、各センサ間の電波の到来時間差から減算して、各目標におけるミスマッチ時間として算出するミスマッチ時間算出部と、
算出されたミスマッチ時間に基づいて各センサ間の暫定時計誤差を算出する暫定時計誤差算出部と、
電波の到来時間差から前記暫定時計誤差算出部で算出された暫定時計誤差を減算して電波の補正到来時間差を求めて前記暫定測位部に出力すると共に、判定基準に従って、前記暫定測位部、前記ミスマッチ時間算出部および前記暫定時計誤差算出部による一連の測位処理を完了させて、各処理で得られた各目標の暫定位置と暫定時計誤差を最終的な各目標の位置と時計誤差として出力するか、または前記一連の測位処理を再度継続して実施させるよう制御する測位処理制御部を備えたことを特徴とする請求項１０記載の測位装置。
【請求項１３】
暫定測位部は、入力される電波の補正到来時間差がない場合には、センサ間の電波の到来時間差を用いて等式を作成することを特徴とする請求項１２記載の測位装置。
【請求項１４】
暫定時計誤差算出部は、ミスマッチ時間算出部で算出されたミスマッチ時間の平均値を、センサ間の暫定時計誤差として算出する平均処理部を備えたことを特徴とする請求項１２記載の測位装置。
【請求項１５】
暫定時計誤差算出部は、所定の方法で算出した重み付け係数を用いてミスマッチ時間算出部で算出されたミスマッチ時間を重み付けしてセンサ間の暫定時計誤差を算出する重み付け処理部を備えたことを特徴とする請求項１２記載の測位装置。
【請求項１６】
測位処理制御部は、一連の測位処理の実施回数をカウントし、そのカウント数が所定のカウント値に達した場合には前記一連の測位処理を完了させると判定し、一方、カウント数が所定のカウント値に達しない場合には前記一連の測位処理を再度継続して実施させると判定する処理回数カウント部を備えたことを特徴とする請求項１２から請求項１５のうちのいずれか１項記載の測位装置。
【請求項１７】
測位処理制御部は、一つ前の処理で暫定測位部で求めた各目標の暫定位置と現在の処理で求めた各目標の暫定位置の残差および／もしくは一つ前の処理で求めた暫定時計誤差と現在の処理で求めた暫定時計誤差の残差が所定の値よりも小さい場合には前記一連の測位処理を完了させると判定し、一方、残差が所定の値よりも大きい場合には前記一連の測位処理を再度継続して実施させると判定する残差処理部を備えたことを特徴とする請求項１２から請求項１５のうちのいずれか１項記載の測位装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、位置を知りたい目標から放射もしくは反射された電波を受信して目標の位置を算出する測位装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
測位装置では、目標から放射もしくは反射された電波を複数のセンサで受信し、受信した電波の到来時間差に基づいて目標の位置を算出しているが、その場合、目標からの電波を各センサで正確なタイミングで受信する必要がある。そのためには、各センサは高精度な時刻同期が確立されている必要があり、センサ間をケーブルで結び、同一のクロックで互いのセンサの同期を取って動作させている。しかし、複数のセンサ同士が極めて近接設置される場合には配線基板などを用いて一体的に接続できるが、センサ同士が離れた位置に設置されている場合には、センサ間を個々のケーブルで接続しなければならず、そのための多数のケーブルの準備や接続作業が要求され、コストの面で不利である。また、センサ自体が移動するような場合には、センサ同士をケーブルで結ぶことは構造上に困難である。この問題を解決する方法として、各センサで時計誤差を含んだ状態で電波の到来時間を観測し、その後の処理で時計誤差を補正する方式がある（例えば特許文献１参照）。この特許文献１の方法は、位置が既知の位置に送信局を置き、その送信局からの電波を各センサで受信し、その電波の到来時間差を求めることで、センサ間の時計誤差を算出するものである。目標の位置を算出する場合には、目標からの電波の到来時間差を、先に求めた時計誤差で補正して、補正値を基に目標の位置を算出する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２７２４４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の測位装置では、目標からの電波の到来時間差を、予め求めた時計誤差を用いて補正して、補正値を基に目標の位置を算出するようにしているが、センサ間の時計誤差を得るために送信局を別途設ける必要がり、その分装置が大掛かりとなる。
【０００５】
この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、自機内の処理でセンサ間の時計誤差の補正を可能にする測位装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る測位装置は、目標から放射もしくは反射された電波を複数のセンサで受信し、受信した電波の到来時間差に基づいて目標の位置を算出する測位装置において、各センサで複数回受信された電波の到来時間差を算出する到来時間差算出部と、算出された各センサ間の電波の到来時間差に基づいて、センサ間の時計誤差と電波を受信した各時刻における目標位置を測位する測位部を備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、各センサ間で時計誤差を含んだ状態で電波の到来時間を観測し、その後の測位処理で時計誤差を補正するようにしているので、センサの配置やセンサ自体の移動などに対応してセンサ間の同期をとるためのケーブル接続を考慮する必要が無く、また、時計誤差を補正するための送信局を別途設置する必要がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による測位装置の機能構成を示すブロック図である。
図において、複数のセンサ１1 〜１N （Ｎ≧５）は、目標から放射された、もしくは目標で反射した電波をそれぞれ複数回受信する手段である。到来時間差算出部２は、各センサで複数回受信した電波の到来時間差を算出する手段である。測位部３は、各センサ間の電波の到来時間差を基に、センサ間の時計誤差と電波を受信した各時刻における目標の位置を算出する手段である。また測位部３は、一括測位部３１を備えている。この一括測位部３１は、電波の到来時間差からセンサ間の時計誤差を減算した時間に、電波の速度を乗算して得た距離が、電波の伝搬距離の差に等しいとする等式を電波の受信時刻毎に作成し、複数連立させることで、センサ間の時計誤差と電波を受信した各時刻における目標の位置を測位する手段である。
【０００９】
次にこの発明の原理について説明する。
センサ１1 〜１N で、目標から放射された、もしくは目標で反射された電波を受信すると、各センサは電波を受信した到来時間を観測する。この方法について、センサn （１≦ｎ≦Ｎ）を例に説明する。まずセンサn では、受信信号を低い周波数にダウンコンバートし、Ａ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換する（サンプリング時間をΔｔとする）。デジタル信号のサンプリング番号をｉとした場合のセンサ１n のデジタル受信信号をｘn （ｉ）と表す。ここで、目標からの電波の信号波形が既知であるとし、その既知の信号波形を以下では基準信号と呼び、ｘr （ｉ）で表す。ただし、基準信号は、センサで受信した信号と同一の周波数に変換されているものとする。そして相関処理のポイント数（整数）をＬとしてサンプルポイントｈを変動させ、（１）式の相関関数ｆn （ｈ）の大きさ｜ｆn （ｈ）｜が最大となるｈを求める。なおｘr （ｉ）* は、ｘr （ｉ）の複素共役を意味する。
【数１】
2007198742.tif 000003
【００１０】
いま、ｈ＝ｈn の場合に｜ｆn （ｈ）｜が最大となったとする。これは、センサ１n で受信した信号と、基準信号が類似したことを示すため、ｈn ・Δｔがセンサ１n で目標からの電波を受信した到来時間τn となる。
τn ＝ｈn ・Δｔ                                      （２）
なお以下では、複数の時刻で観測した到来時間を扱うため、時刻ｔk においてセンサ１n で観測した到来時間をτn(k)と表す。
各センサでは、上記の様にして複数の異なった時刻ｔk （１≦ｋ≦Ｋ）で電波の到来時間τn(k) （１≦ｎ≦Ｎ、１≦ｋ≦Ｋ）を観測し、到来時間差算出部２に伝送する。なお以下では、ｔk を観測時刻と呼ぶ。
【００１１】
到来時間差算出部２では、センサ１1 〜１N から出力された観測時刻ｔk （１≦ｋ≦Ｋ）において、各センサで受信した目標からの電波の到来時間差を算出する。いま、観測時刻ｔk においてセンサ１n （１≦ｎ≦Ｎ）で受信した電波の到来時間がτn(k)で、センサ１m （１≦ｍ≦Ｎ、ｎ≠ｍ）で受信した電波の到来時間がτm(k)であるとする。この場合到来時間差算出部２では、（３）式により観測時刻ｔk における電波の到来時間差Δτn,m(k)を算出する。
Δτn,m(k)＝τn(k) −τm(k)                            （３）
上記は目標からの電波が既知の場合について説明したが、未知の場合についても到来時間を求めることが可能である。具体的には、センサ１n で受信したデジタル信号ｘn （ｉ）と、センサ１m で受信したデジタル信号ｘm （ｉ）を伝送し、（４）式に示すような相関処理を実施する。
【数２】
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そして、ｆ’n,m（ｈ）が最大となるｈを求め、これにΔｔを乗じたものが、電波の到来時間差Δτn,m となる。
Δτn,m ＝ｈ・Δｔ
これまでの説明では、相関処理を用いて到来時間差を求める方法について説明したが、これに限らず、他の方式により求めた到来時間差を求めてもよい。
【００１２】
測位部３では一括測位部３１において、到来時間差算出部２から出力された電波の到来時間差Δτn,m(k)（ｎ≠ｍ、１≦ｋ≦Ｋ）を基に、複数の方程式を生成し、それらを解くことで目標位置を算出する。具体的処理方法を説明する。
センサ１n とセンサ１m の観測時刻ｔk における電波の到来時間差Δτn,m(k)には、時計誤差が含まれる。この時計誤差をεn,m （未知数）とすれば、（Δτn,m(k)−εn,m ）が時計誤差を含まない到来時間差となる。このため（Δτn,m(k)−εn,m ）に電波の速度ｃを乗じた距離は、センサ１n から目標までの距離とセンサ１m から目標までの距離の差に等しくなる。ゆえに、（５）式が成立する。
【数３】
2007198742.tif 000005
ここで［Ｘn ，Ｙn ，Ｚn ］はセンサ１n の座標（既知）、［Ｘm ，Ｙm ，Ｚm ］はセンサ１m の座標（既知）とする。観測時刻ｔk における上記の様な方程式は、センサ数マイナス１成立するため、センサの総数をＮ個とすれば、（Ｎ−１）成立する。また、目標からの電波を受信した時刻の回数をＫ（観測時刻はｔk （１≦ｋ≦Ｋ），ｋは自然数）とすれば、各観測時刻ｔk で（５）式のような方程式は（Ｎ−１）個成り立つため、観測回数がＫ個の場合には、全部で（Ｎ−１）×Ｋ個成り立つ。
【００１３】
一方、（５）式における未知数は、目標の位置に関するもの［ｘ(k) ，ｙ(k) ，ｚ(k) ］と時計誤差εn,m に関するものがある。このうち目標位置の未知数［ｘ(k) ，ｙ(k) ，ｚ(k) ］は、観測時刻ｔk （１≦ｋ≦Ｋ）毎に異なるため、観測時刻がＫ個の場合には３×Ｋ個になる。またセンサ間の時計誤差εn,m は、急激に変動しないと考えられるため、電波の観測時刻ｔk （１≦ｋ≦Ｋ）によらず一定になり、（Ｎ−１）個になる。ゆえに（Ｎ−１）×Ｋ個の方程式に含まれる未知数の総数は、（（Ｎ−１）＋３Ｋ）となる。したがって、（６）式の条件を満たす場合、未知数と方程式が等しくなり、未知数を決定することができる。ただし、到来時間差には観測誤差が含まれる場合があるため、（５）式の方程式が一点で交わるとは限らない。この場合、最小二乗解を求めるようにして、未知数を算出する。
（Ｎ−１）×Ｋ＝（Ｎ−１）＋３Ｋ                            （６）
例えばセンサ数Ｎが５の場合、観測回数Ｋは４で未知数の決定が可能となる。未知数よりも方程式の数が多い場合には、最小二乗解を求めるようにして、未知数を算出する。
一括測位部３１では、以上のようにして未知数（目標位置と時計誤差）を算出する。
【００１４】
なお、測位部３は、図２に示すように運動モデル設定部３２と運動モデル測位部３３を備えたものであっても良い。この場合、運動モデル設定部３２では、位置を知りたい目標の移動が、等速直線運動であるか、等加速度直線運動であるかなどを設定する。運動モデル測位部３３では、運動モデル設定部３２で設定された結果に基づいて、方程式を複数作成し、これらを連立させて目標の位置を算出する。
運動モデル設定部３２で等速直線運動と設定された場合を例に以下説明する。
等速直線運動の場合、観測時刻ｔk における目標位置［ｘ(k) ，ｙ(k) ，ｚ(k) ］は（７）〜（９）式のように表すことができる。
ｘ(k) ＝ｘ(1) ＋ｖx ・Δｔk                           （７）
ｙ(k) ＝ｙ(1) ＋ｖy ・Δｔk                           （８）
ｚ(k) ＝ｚ(1) ＋ｖz ・Δｔk                           （９）
Δｔk ＝ｔ1 −ｔk                                     （１０）
これを（５）式に代入したものが運動モデル測位部３３で作成する方程式で、（１１）式のようになる。
【数４】
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【００１５】
これらの方程式は、センサ数をＮ、観測回数をＫとすると、上記一括測位部３１の場合と同様に、（Ｎ−１）×Ｋ個得られる。一方未知数は、観測時刻ｔ1 における目標の位置［ｘ(1) ，ｙ(1) ，ｚ(1) ］と目標の速度［ｖx ，ｖy ，ｖz ］、時計誤差εn,mとなる。目標の位置に関する未知数（観測時刻ｔ1 の位置と目標の速度）の数は、観測時刻ｔk によらず一定な値６であり、時計誤差の数は一括測位部３１の場合と同様で（Ｎ−１）となる。したがって、未知数の数以上に方程式が得られる条件は、（１２）式の様になる。ただし、到来時間差には観測誤差が含まれる場合があるため、（１２）式の方程式が一点で交わるとは限らない。この場合、最小二乗解を求めるようにして、未知数を算出する。
（Ｎ−１）×Ｋ≧（Ｎ−１）＋６                        （１２）
例えばセンサ数Ｎが５の場合、Ｋ≧５／２となるため、観測回数Ｋ＝３の場合においても未知数を推定することが可能である。一括測位部３１はＮ＝５の場合、Ｋ≧４であるため、運動モデル設定部３３は、より少ない観測回数で目標位置を算出することが可能となる。なお、未知数以上に方程式の数がある場合には、最小二乗解を解くようにして未知数を算出する。
運動モデル測位部３３では、上記の様にして（１１）式のような方程式を多数連立させ、これらを解くことで、目標の位置と時計誤差を算出する。なお、（１２）式に示した目標位置の測位可能な条件は、運動モデル設定部３２により設定される運動モデルにより、異なる条件となる。
【００１６】
以上のように、この実施の形態１によれば、到来時間差算出部２により算出した各センサ間の電波の到来時間差に基づいて、センサ間の時計誤差と電波を受信した各時刻における目標位置を測位する測位部３を備えており、特に、測位部３では、一括測位部３１において、センサ間の電波到来時間差から各センサ間の時計誤差を減算した時間に電波の速度を乗算して得た距離が、電波の伝搬距離の差に等しいとする等式を電波の受信時刻毎に作成し、これらの式を連立させることでセンサ間の時計誤差と電波を受信した各時刻における目標の位置を算出するようにしている。したがって、測位装置内でセンサ間の時計誤差の補正を可能にする。そのため、センサ間の同期をとる必要がなく、センサの配置やセンサ自体の移動などに対応してセンサ間の同期をとるためのケーブル接続を考慮する必要が無く、また、時計誤差を補正するための送信局を別途設置する必要もない。
【００１７】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による測位装置の機能構成を示すブロック図である。図において、図１に相当する部分には同一符号を付し、その説明は原則として省略する。この実施の形態２の測位部３は、暫定測位部３４、ミスマッチ時間算出部３５、暫定時計誤差算出部３６および測位処理制御部３７を備えている。
暫定測位部３４では、測位処理制御部３７から出力される電波の補正到来時間差Δτ’n,m(k)を用いて、（１３）式により観測時刻ｔk における目標の暫定位置［ｘ’(k) ，ｙ’(k) ，ｚ’(k) ］を算出する。
【数５】
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なお、測位処理制御部３７から出力された電波の補正到来時間差Δτ’n,m(k)が無い場合は、到来時間差算出部２から出力された到来時間差Δτn,m(k)そのものを電波の補正到来時間差Δτ’n,m(k)の代わりに、（１３）式に代入して目標の暫定位置を算出する。
【００１８】
暫定測位部３４では、実施の形態１の一括測位部３１の（５）式と異なり、時計誤差を無視した暫定の目標位置を推定する。（１３）式における未知数は、目標の暫定位置［ｘ’(k) ，ｙ’(k) ，ｚ’(k) ］のみであるため、（１３）式の様な方程式が３以上成り立てば暫定位置を算出することができる。（１３）式の測位方程式は、センサ数マイナス１個で成り立つため、センサ数Ｎが４以上の場合に、目標の暫定位置を算出することができる。ただし、電波の到来時間差Δτn,m(k)には時計誤差が含まれるため、（１３）式の測位方程式が１点で交わるとは限らない。その場合には、最小二乗解を求めるようにして目標の暫定位置を算出する。また、未知数以上に方程式が有る場合についても、最小二乗解を求めるようにして目標の暫定位置を算出する。
暫定位置測位部３４は、上記の様にして目標の暫定位置を求め、ミスマッチ時間算出部３５に出力する。
【００１９】
ミスマッチ時間算出部３５では、暫定位置測位部３４で得られた目標の暫定位置と各センサの距離の差を電波の速度で除算して得た時間を、各センサ間の電波の到来時間差から減算して、各時刻におけるミスマッチ時間として算出する。この処理は（１４）式で表される。暫定測位部３４から出力された目標の暫定位置とセンサ１n の距離と目標の暫定位置とセンサ１m の距離の差を求める。次に、この目標の暫定位置と各センサの距離の差を電波の速度ｃで除算して時間（式の第２項）を求める。この求めた時間（式の第２項）を、到来時間差算出部２から出力された電波の到来時間差Δτn,m(k)から減算してミスマッチ時間ε’n,m(k)とする。
【数６】
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ミスマッチ時間算出部３５では、上記の様にして算出したミスマッチ時間を暫定時計誤差算出部３６に出力する。
【００２０】
ミスマッチ時間ε’n,m(k)はセンサ間の時計誤差に起因している。そこで、暫定時計誤差算出部３６では、各時刻のミスマッチ時間に基づいて暫定時計誤差を算出する。暫定時計誤差算出部３６は図４に示すように平均処理部３６１を備えている。平均処理部３６１では、（１５）式に示すように、センサ１n とセンサ１m のミスマッチ時間ε’n,m(k)（１≦ｋ≦Ｋ）について平均値を求め、これをセンサ１n とセンサ１m についての暫定時計誤差ε’’n,m とする。
【数７】
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また、暫定時計誤差算出部３６は、図５に示すように重み付け処理部３６２を備えてもよい。この場合、重み付け処理部３６２で、ミスマッチ時間算出部３５から出力されたミスマッチ時間ε’n,m(k)に後述の重み付け係数ψn,m(k)を乗算することで重み付けを行い、センサ間の暫定時計誤差ε’’n,mとして算出する。
【００２１】
上記重み付け係数ψn,m(k)としては、例えば「新・ＧＰＳ測量の基礎」、土屋淳、辻宏道著、社団法人日本測量協会編に記載されている、目標位置とセンサ位置の幾何学的関係から求めえられる目標位置の推定精度の低下率（幾何学低精度低下率：ＧＤＯＰ）などを利用すればよい。ここで、重み付け係数ψn,m(k)の算出方法について説明する。
いま、センサ数Ｎを４とし、暫定測位部３４により算出された目標の暫定位置が［ｘ’(k) ，ｙ’(k) ，ｚ’(k) ］であるとする。そして、この目標の暫定位置は、センサ１1 とセンサ１2 の方程式と、センサ１2 とセンサ１3 の方程式と、センサ１3 とセンサ１4 の方程式を基に算出されたものであるとする。ここで、関数ｇn,m （ｘ，ｙ，ｚ）を（１６）式のように定義する。
【数８】
2007198742.tif 000010
次に、関数ｇn,m （ｘ，ｙ，ｚ）を用いて、（１７）式に示す行列Ａn,mを求める。
【数９】
2007198742.tif 000011
ここで、行列Ａn,m の各成分は、暫定測位部３４から出力された目標の暫定位置［ｘ’(k) ，ｙ’(k) ，ｚ’(k) ］を用いて求める。一例を（１８）式に示す。
【数１０】
2007198742.tif 000012
【００２２】
最後に、（１９）式に示す行列Ｗn,m を求める。
Ｗn,m ＝（Ａn,mH・Ａn,m ）-1                            （１９）
ここで、Ａn,mHは、行列Ａn,m の複素共役転置を表し、（Ａn,mH・Ａn,m ）-1は行列（Ａn,mH・Ａn,m ）の逆行列を表す。
重み付け係数φn,m(k)は、（２０）式のようにして、行列Ｗn,m の対角成分を基に算出する。
【数１１】
2007198742.tif 000013
重み付け処理部３６２では、（２０）式により求めた重み付け係数φn,m(k)を用いて、ミスマッチ時間算出部３５で算出されたミスマッチ時間ε’n,m(k)を重み付けして、（２１）式により暫定時計誤差ε’’n,m を算出し出力する。
【数１２】
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【００２３】
測位処理制御部３７では、電波の到来時間差から暫定時計誤差算出部３６で算出された暫定時計誤差を減算して補正値を求め、得られた補正値を暫定測位部３４で用いる電波の補正到来時間差として出力する。また、測位処理制御部３７は、到来時間差の補正値を算出する過程において、判定基準に従って、前記暫定測位部、前記ミスマッチ時間算出部および前記暫定時計誤差算出部による一連の測位処理を完了させ、各処理で得られた目標の暫定位置と暫定時計誤差を最終的な目標の位置と時計誤差として出力するか、または一連の測位処理を再度継続して実施させ測位処理をやり直すように制御する。
測位処理制御部３７では、電波の到来時間差Δτn,m(k)を補正するために、（２２）式に示すように、電波の到来時間差Δτn,m(k)から暫定時計誤差ε’’n,m を減算し、電波の補正到来時間差Δτ’n,m(k)を求める。この電波の補正到来時間差は、上述したように暫定測位部３４で各時刻の目標の暫定位置を算出するために用いられる。
Δτ’n,m(k)＝Δτn,m(k)−ε’’n,m     （１≦ｋ≦Ｋ）    （２２）
また、測位処理制御部３７は、測位処理の継続か、完了を判定するために、図６に示すように処理回数カウント部３７１を備えている。処理回数カウント部３７１では、暫定測位部３４、ミスマッチ時間算出部３５および暫定時計誤差算出部３６で一連の処理を実施した回数をカウントし、カウント数が予め設定された値（判定基準）に達した場合、一連の測位処理を完了させると判定する。このとき、測位処理制御部３７は、最後の処理で暫定測位部３４から出力された目標の暫定位置［ｘ’(k) ，ｙ’(k) ｚ’(k) ］を、求めるべき目標の位置と時計誤差して出力し、最後の処理で暫定時計誤差算出部３６から出力された暫定時計誤差ε’’n,m をセンサ１n とセンサ１m の時計誤差として出力する。一方、処理回数カウント部３７１においてカウント数が予め設定された値に達成していない場合には一連の測位処理を再度継続して実施させると判定し、測位処理制御部３７は、（２２）式により到来時間差を補正して暫定測位部３４に電波の補正到来時間差を出力し、一連の測位処理をやり直す。
【００２４】
また、測位処理制御部３７は、図７に示すように残差処理部３７２を備えるようにしてもよい。この場合、残差処理部３７２では、現在の処理で求めた目標の暫定位置と一つ前の処理で求めた目標の暫定位置の差（残差）を計算して、この残差が予め設定した値（判定基準）よりも小さい場合、一連の測位処理を完了すると判定する。このとき、測位処理制御部３７は、現在の処理で求めた目標の暫定位置と暫定時計誤差を、求めるべき目標の位置と時計誤差として出力する。一方、残差処理部３７２において、残差が予め設定した値より大きい場合には、一連の測位処理を再度継続して実施させると判定し、測位処理制御部３７は、（２２）式により到来時間差を補正して暫定測位部３４に電波の補正到来時間差を出力し、一連の測位処理をやり直す。
また、一連の測位処理の継続か、完了の判定を、暫定時計誤差算出部３６で求めた暫定時計誤差の残差に基づいて行っても良いし、あるいは暫定時計誤差の残差と目標の暫定位置の残差の両方を用いて行うようにしても良い。
さらに、測位処理制御部３７は、処理回数カウント部３７１と残差処理部３７２の両方を備え、一連の測位処理の回数と目標位置の残差、または時計誤差の残差を組み合わせて一連の測位処理の継続もしくは完了の判定を行うようにしても良い。
【００２５】
以上のように、この実施の形態２によれば、測位部３では、暫定測位部３４により、入力されるセンサ間の電波の補正到来時間差に電波の速度を乗算して得た距離が、電波の伝搬距離の差に等しいとする等式を、電波の受信時刻毎に作成し、これらの式を連立させることで各時刻の目標の暫定位置を算出し、ミスマッチ時間算出部３５において、目標の暫定位置と各センサの距離の差を電波の速度で除算して得た時間を、各センサ間の電波の到来時間差から減算して、各時刻におけるミスマッチ時間として算出し、暫定時計誤差算出部３６により、その算出されたミスマッチ時間に基づいて各センサ間の暫定時計誤差を算出し、測位処理制御部３７において、電波の到来時間差から暫定時計誤差算出部３６で算出された暫定時計誤差を減算して電波の補正到来時間差を求めて暫定測位部３４に出力すると共に、判定基準に従って、一連の測位処理を完了させて、各処理で得られた目標の暫定位置と暫定時計誤差を最終的な目標の位置と時計誤差として出力するか、または一連の測位処理を再度継続して実施させるように制御している。したがって、測位装置内でセンサ間の時計誤差の補正を可能にし、実施の形態１と同様な効果を得ることができる。
【００２６】
上記実施の形態１および実施の形態２では、センサが固定の場合を例に説明したが、センサが移動する場合でも、その位置が既知であれば、目標の位置とセンサ間の時計誤差を算出することができる。
また実施の形態１および実施の形態２では、位置を知りたい１つの目標が時間の経過と共に移動し、それを複数回観測することで目標の位置を算出する方法について説明した。しかし本発明の特徴は、異なる位置に存在する目標からの電波を観測し、それから得られる到来時間差を基に目標位置とセンサ間の時計誤差を算出するものである。そのため、異なる位置に複数の目標が存在する場合には、各目標からの電波を各センサで一回受信し、それから得られる各目標の到来時間差を基に、各目標の位置とセンサ間の時計誤差を算出することも可能である。
また、電波を用いた場合の方式について説明したが、電波に係わらず、音波や光波などに用いた場合も、本方式を適応することは可能である。さらに、位置を知りたい目標の位置を３次元とする場合で説明してきたが、２次元の場合でも、高度方向は地上の表面に目標が存在するなどの条件を用いて計算すれば可能である。さらにまた、以上述べたこの発明の測位部の機能は、ソフトウェアプログラムに基づいてＣＰＵを動作させることにより実行できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の実施の形態１による測位装置の機能構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る測位部の他の機能構成を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態２による測位装置の機能構成を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る暫定時計誤差算出部の構成例を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る暫定時計誤差算出部の他の構成例を示すブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る測位処理制御部の構成例を示すブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係る測位処理制御部の他の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２８】
１1 〜１N   センサ、２  到来時間差算出部、３  測位部、３１  一括測位部、３２  運動モデル設定部、３３  運動モデル測位部、３４  暫定測位部、３５  ミスマッチ時間算出部、３６  暫定時計誤差算出部、３７  測位処理制御部、３６１  平均処理部、３６２  重み付け処理部、３７１  処理回数カウント部、３７２  残差処理部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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